图1 FeSe结构图

FeSe基超导体在Fe基超导体中具有最为简单的化学成分和晶格结构，但是具有最为丰富的物理性质，其转变温度可以使用多种手段大范围调控，是研究Fe基超导的理想载体。我们课题组能够生长高质量的FeSe薄膜，并能用多种手段对薄膜的超导电性，晶格结构进行调控。

 

12种不同衬底的FeSe均匀薄膜

我们在12种不同的衬底上，生长了FeSe单晶薄膜，并且薄膜具有非常高的外延性和良好的结晶质量[1]。

 

图2-13 XRD θ-2θ Scan data of FeSe thin films on different substrates

 

图2-14 不同衬底FeSe薄膜的R-T数据

 

 

较高的外延质量与结晶质量

 

图2-16 不同衬底FeSe薄膜的XRD φ Scan 数据与外延匹配示意图

 

图2-17 不同衬底FeSe薄膜的XRD ω Scan数据

 

 

20nm的高质量FeSe薄膜

随着生长薄膜的厚度减小，薄膜中的杂质和死层的比重增加，会影响薄膜的超导电性，而在我们组生长的样品中，即使将薄膜厚度减少至20nm，仍然具有很高的平整度好较好的超导电性，说明我们的样品的死层很薄，杂质很少[2]。

 

 

图2-18  20 nm FeSe薄膜的三种膜厚表征实验数据  图（a）为薄膜样品FeSe (001) 峰的劳厄震荡曲线；图（b）为X-射线反射率测量数据，通过数据拟合可以得到膜厚与表面粗糙度分别为h = 20±1 nm和r ~ 0.8 nm；图（c）为样品截面的SEM图像。

 

图2-23不同靶材FeSe/CaF2薄膜的R-T数据  除Fe:Se = 1:1.10靶材制备所得样品表现出半导体行为外，其它样品均呈现出金属电阻特性。数据来源于每个靶材中最高Tc 的样品.

 

 

用同一靶材大范围调控FeSe薄膜超导电性

即使是单一名义配比的靶材，我们依然可以通过改变生长条件在同种衬底上实现FeSe薄膜Tc的大范围调控，以CaF2衬底为例，我们实现了FeSe样品从4.3K到11.7K的调控，并且生长的不同批次的薄膜都具有良好的结晶性。

图2-26不同制备批次FeSe/CaF2薄膜的R-T数据  上述样品均采用同一个FeSe0.90靶材和CaF2衬底，且膜厚均控制为160 nm

 

基于1500个FeSe薄膜样品的质量优化与筛选

基于对1500个样品的生长和表征[2]，我们不断优化FeSe薄膜的制备工艺，FeSe薄膜的最小超导转变宽度可达0.3K。通过制备工艺的优化，我们可以实现对FeSe薄膜性质的精细调控。

 

图2-30不同均匀性FeSe/CaF2薄膜的R-T数据.通过对制备工艺参数的不断优化，FeSe薄膜的超导转变宽度最小可达0.3 K

 

图2-31 FeSe薄膜超导电性与自身晶格常数c、RRR的关系 基于1500多个样品的沉积与表征，以此实现薄膜样品的质量优化和筛选

 

 

薄膜可以解理与转移
我们的薄膜具有很高的表面平整度，并且可以进行解理与转移，有利于进行STM、ARPES等手段测量。

 

图2-33不同FeSe/CaF2薄膜样品的表面形貌SEM图像  薄膜表面存在直径约为50 nm球状析出物，它是PLD薄膜的常见特征。